全推力中承式鋼箱桁架拱橋主拱架設(shè)安全通道及平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)*

李勇波

(中鐵大橋局第七工程有限公司，湖北 武漢 430056)

1 工程概況

湖北秭歸長江公路大橋位于湖北省宜昌市秭歸縣境內(nèi)，是擬建的湖北省骨架公路網(wǎng)中第六縱的第2條支線跨越長江的節(jié)點(diǎn)工程。項(xiàng)目起點(diǎn)為秭歸縣郭家壩鎮(zhèn)(位于米倉口隧道出口約290m處)，與宜巴公路(S334)平交，路線在兵書寶劍峽峽口向北跨越長江，沿香溪河?xùn)|岸上行2km在劉家壩村向西跨越香溪河，終點(diǎn)為歸州鎮(zhèn)香溪河西岸的向家店，與峽堡公路(S255)相接。秭歸長江公路大橋主橋全長883.2m，橋跨布置：2×35m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁+531.2m(主孔兩過渡墩之間的跨度)+9×30m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁。主橋采用全推力中承式無鉸拱，拱肋采用空間變截面桁架形式結(jié)構(gòu)，主桁下弦桿中心線凈跨徑為508m，橋面梁縱向布置為：15m+7×11.8m+28×12m+7×11.8m+15m，主跨橋面處于R=25 000m的豎直曲線上，拱跨結(jié)構(gòu)對(duì)稱布置。

橋址位于長江兵書寶劍峽峽谷上游峽口處，出峽口后上游長江河谷開闊，峽口北岸與香溪河口毗鄰。橋址區(qū)峽谷兩岸地形陡峻，河谷呈相對(duì)狹窄的“V”形，兩岸谷坡基本對(duì)稱，為巖質(zhì)岸坡，長江河道較順直，巖層走向與長江流向近正交，傾向上游，傾角30°～35°，屬橫向谷。三峽蓄水后，橋區(qū)長江航道圍護(hù)尺度為4.5m×140m×1 000m，庫區(qū)實(shí)際圍護(hù)標(biāo)準(zhǔn)比規(guī)劃的尺度要高。橋區(qū)安全范圍有兵書寶劍峽通航條件受限制航段，船舶通航條件較復(fù)雜。橋位處長江段航道標(biāo)準(zhǔn)為內(nèi)河Ⅰ-(2)級(jí)，選用9×3 000t級(jí)內(nèi)河船隊(duì)作為代表船型，單船為5 000t級(jí)貨船。年平均氣溫17.6℃，歷年極端最高氣溫為41.7℃，歷年極端最低氣溫為-8.9℃；年降水量在679.7～1 690.2mm，平均為1 082mm；年平均相對(duì)濕度為75.2%。此項(xiàng)指標(biāo)對(duì)鋼結(jié)構(gòu)的焊接及鋼結(jié)構(gòu)懸臂線形影響較大。秭歸站10min平均年最大風(fēng)速極值18.3m/s，極大風(fēng)速的最大值為25.5m/s。橋址區(qū)位于峽谷地帶，兩岸地形陡峭，風(fēng)速到此處明顯增大效應(yīng)，對(duì)本橋鋼主梁及鋼桁拱施工影響較大[1]。

2 總體設(shè)計(jì)思路

湖北秭歸長江公路大橋跨度大(施工時(shí)為當(dāng)時(shí)世界最大跨度推力拱橋)[2]，施工環(huán)境復(fù)雜，水面交通繁忙，船舶定位難度較大；而且，橋址正位于兵書寶劍峽峽口，風(fēng)力大且風(fēng)場條件極復(fù)雜。本橋采用纜索吊機(jī)扣掛法施工，為安全快速精確完成主拱架設(shè)工作，必須盡量減少纜索吊機(jī)[3]的起吊次數(shù)，盡快完成纜索吊機(jī)松鉤，必須系統(tǒng)設(shè)計(jì)、施工作業(yè)人員的作業(yè)平臺(tái)及通道，加快拱肋安裝效率。本橋結(jié)合拱肋架設(shè)的需要和現(xiàn)場實(shí)際條件，為了既保證現(xiàn)場施工方便，又保證主體結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量，設(shè)計(jì)了一套標(biāo)準(zhǔn)化的拱肋架設(shè)作業(yè)平臺(tái)及通道，采取永臨結(jié)合方式，有效解決了以往類似項(xiàng)目拱肋架設(shè)時(shí)平臺(tái)及通道隨意搭設(shè)、安全隱患大的問題。并且，拱肋作業(yè)[4]平臺(tái)及通道與主體結(jié)構(gòu)同步在工廠加工制造，全橋施工完成后統(tǒng)一涂裝，作為永久設(shè)施保留下來，為后續(xù)主橋的管養(yǎng)提供便利條件。

為此，按以上思路，經(jīng)過反復(fù)策劃和優(yōu)化，形成了一整套拱肋架設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)平臺(tái)及通道，分別為主拱架設(shè)拱肋施工平臺(tái)、平聯(lián)及橫撐安裝平臺(tái)、拱上通道、拱肋上下弦通道(見圖1～3)。

圖1 秭歸長江大橋總布置立面(單位：cm)

圖2 秭歸長江大橋鋼箱桁架拱布置

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 主拱上下弦作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

主拱上下弦作業(yè)平臺(tái)由焊接平臺(tái)1和焊接平臺(tái)2組成，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。焊接平臺(tái)1設(shè)置在待安裝節(jié)段后端，由橫梁和吊架組成，橫梁采用[10型鋼,橫梁與拱肋采用鋼板焊接固定，吊架豎桿采用└50×5，防護(hù)結(jié)構(gòu)及連接鋼筋采用φ16鋼筋，平臺(tái)面板采用鋁合金腳手板，腳手板最大跨度為3.5m。除橫梁與拱肋連接的鋼板采用Q345C材質(zhì)外，其余各構(gòu)件材質(zhì)均為Q235B，鋁合金腳手板新購，待焊接平臺(tái)安裝完成后再安裝。焊接平臺(tái)2設(shè)置在已安裝節(jié)段的前端，牛腿為鋼板，材質(zhì)為Q345C，與檢修道材質(zhì)一致，與拱肋在工廠焊接，現(xiàn)場在拱肋吊裝前安裝面板與欄桿，面板需與牛腿焊接固定，面板與欄桿材質(zhì)均為Q235B。

圖3 主拱架設(shè)整體方案

圖4 主拱上下弦作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

上弦桿焊接平臺(tái)1的所有構(gòu)件均在工廠內(nèi)加工制造并與拱肋節(jié)段焊接[5]；下弦桿焊接平臺(tái)1橫梁及縱梁框架在工廠制造并與拱肋節(jié)段焊接，掛梯結(jié)構(gòu)角鋼與縱梁栓接，隨船運(yùn)輸至現(xiàn)場，拱肋節(jié)段吊裝后，在現(xiàn)場焊接連接鋼筋及支撐角鋼。鋁合金腳手板在現(xiàn)場安裝。焊接平臺(tái)2的牛腿在工廠內(nèi)加工和焊接，面板由現(xiàn)場先行加工，待拱肋節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場后再行安裝。

3.2 主拱橫撐及平聯(lián)安裝作業(yè)平臺(tái)設(shè)計(jì)

上弦桿平聯(lián)及橫撐安裝平臺(tái)布置在拱肋節(jié)段內(nèi)側(cè)、平聯(lián)及橫撐節(jié)點(diǎn)板的位置處，由2個(gè)掛梯及掛梯頂部支撐橫梁組成，具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。橫梁布置在拱肋鋼梁頂端，采用鋼板與拱肋焊接，鋼板材質(zhì)為Q345C，與拱肋在工廠焊接，現(xiàn)場在拱肋吊裝前安裝橫梁和掛梯結(jié)構(gòu)，掛梯角鋼采用└50×5，掛梯踏步采用φ16鋼筋，掛梯與拱肋鋼梁連接的角鋼在現(xiàn)場焊接，欄桿采用鋼管焊接而成，鋁合金腳手板新購，橫梁、角鋼、鋼筋與欄桿材質(zhì)均為Q235B。下弦桿平聯(lián)及橫撐安裝平臺(tái)布置在拱肋節(jié)段內(nèi)側(cè)、平聯(lián)及橫撐節(jié)點(diǎn)板的位置處，由支撐橫梁、縱梁及面板、欄桿組成。橫梁布置在拱肋鋼梁底部，采用銷軸與拱肋焊接的耳板連接，耳板材質(zhì)為Q345C，與拱肋在工廠焊接，下弦桿平聯(lián)橫撐安裝平臺(tái)全部在工廠制造并安裝。橫梁采用100mm×100mm×6mm矩形管，縱梁采用200mm×100mm×4mm矩形管，連接系采用[8型鋼，欄桿采用鋼管焊接，面板采用4mm厚花紋鋼板制作，橫梁、縱梁、連接系、面板與欄桿材質(zhì)均為Q235B。

圖5 主拱橫撐及平聯(lián)安裝作業(yè)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

上弦桿平聯(lián)及橫撐安裝平臺(tái)橫梁與拱肋連接的鋼板在工廠內(nèi)加工和焊接，橫梁、掛梯和欄桿由現(xiàn)場先行加工，待拱肋節(jié)段運(yùn)輸至現(xiàn)場后再行安裝。鋁合金腳手板在現(xiàn)場安裝。下弦桿平聯(lián)及橫撐安裝平臺(tái)的所有構(gòu)件均在工廠內(nèi)制作和安裝，隨拱肋節(jié)點(diǎn)吊裝。

3.3 拱上通道設(shè)計(jì)

拱上通道布置在拱肋上弦桿的頂面，由防護(hù)欄桿及走行步梯組成，拱上通道沿上弦拱肋頂面通長布置，具體結(jié)構(gòu)如圖6所示。欄桿的柱腳采用└63×6，柱腳材質(zhì)為Q345C，與拱肋在工廠焊接。欄桿立柱采用└63×6，材質(zhì)為Q235B，立柱與柱腳采用螺栓連接。扶手繩采用φ18鋼絲繩，鋼絲繩與立柱采用U形螺栓連接。走道板采用角鋼和鋼筋焊接而成，圖示中L1，L2，L3均為└50×5，L4為φ16鋼筋，L4與L2焊接，L1與柱腳焊接，L3無須和拱肋焊接，單塊走道板的長度為4m。除柱腳外，其余各構(gòu)件材質(zhì)均為Q235B。拱上通道的所有構(gòu)件均在工廠內(nèi)制作安裝，隨拱肋節(jié)段一起吊裝并作為永久結(jié)構(gòu)予以保留。拱上通道可輔助施工人員通行，同時(shí)作為扣索安裝平臺(tái)，在桁片對(duì)位時(shí)作為桁片頂端的作業(yè)平臺(tái)，施工人員可由檢修道側(cè)面的小爬梯上到拱上通道進(jìn)行操作。

圖6 拱上通道結(jié)構(gòu)

3.4 拱肋上下弦連接通道設(shè)計(jì)

為鋼梁拼裝施工便利，方便上下弦勞動(dòng)力調(diào)度，提高工作效率，在拱肋上下弦間設(shè)置通道，全橋共設(shè)置16處，具體結(jié)構(gòu)布置如圖7所示。通道爬梯設(shè)置在拱肋外側(cè)，沿豎向腹桿布置。連接件采用└50×5，與豎腹桿焊接，L1，L2為└50×5，L3，L4為φ16鋼筋。除連接件為Q345C外，其余各構(gòu)件材質(zhì)均為Q235B。為方便人員進(jìn)入通道爬梯，上弦桿檢修道在爬梯處的面板設(shè)置成翻蓋式蓋板形式。拱肋上下弦通道的所有構(gòu)件均在工廠內(nèi)制作安裝，隨拱肋節(jié)段一起吊裝，并作為永久結(jié)構(gòu)予以保留。上弦檢修道蓋板做成翻蓋式，人員進(jìn)入梯道時(shí)開啟，人員進(jìn)入梯道后應(yīng)及時(shí)關(guān)閉蓋板，以保證檢修道人員通行安全。

圖7 拱肋上下弦連接通道結(jié)構(gòu)

4 結(jié)語

在已建成同類鋼結(jié)構(gòu)推力式拱橋中，本項(xiàng)目主拱跨度居世界第一，相同跨徑的纜索吊機(jī)載重量[6]、提升高度[7]位居世界前列，體現(xiàn)了我國橋梁工程建設(shè)的先進(jìn)水平。本橋結(jié)合拱肋架設(shè)需要和現(xiàn)場實(shí)際條件，設(shè)計(jì)了一套標(biāo)準(zhǔn)化的拱肋架設(shè)作業(yè)平臺(tái)及通道。同時(shí)，拱肋作業(yè)平臺(tái)及通道與主體結(jié)構(gòu)同步在工廠加工制作，全橋施工完成后統(tǒng)一涂裝，作為永久設(shè)施保留下來，為后續(xù)主橋的管養(yǎng)提供了便利條件。本橋的標(biāo)準(zhǔn)化拱肋作業(yè)平臺(tái)及通道設(shè)計(jì)將為今后類似橋梁工程的建設(shè)提供重要的指導(dǎo)和借鑒。